La cèl·lula és una unitat estructural de tota la vida del nostre planeta i un sistema obert. Això vol dir que la seva vida requereix un intercanvi constant de matèria i energia amb l'entorn. Aquest intercanvi es realitza a través de la membrana, la vora principal de la cèl·lula, que està dissenyada per preservar-ne la integritat. És a través de la membrana que es porta a terme el metabolisme cel·lular i va bé pel gradient de concentració d'una substància, o bé en contra. El transport actiu a través de la membrana citoplasmàtica és un procés complex i que consumeix molta energia.
Membrana - barrera i passarel·la
La membrana citoplasmàtica forma part de molts orgànuls cel·lulars, plastids i inclusions. La ciència moderna es basa en el model de mosaic fluid de l'estructura de la membrana. El transport actiu de substàncies a través de la membrana és possible gràcies a la sevaedifici específic. La base de les membranes està formada per una bicapa lipídica, principalment fosfolípids disposats d'acord amb les seves propietats hidròfiles-hidròfobes. Les principals propietats de la bicapa lipídica són la fluïdesa (la capacitat d'incrustar i perdre llocs), l'autoassemblatge i l'asimetria. El segon component de les membranes són les proteïnes. Les seves funcions són diverses: transport actiu, recepció, fermentació, reconeixement.
Les proteïnes es troben tant a la superfície de les membranes com a l'interior, i algunes d'elles hi penetren diverses vegades. La propietat de les proteïnes d'una membrana és la capacitat de moure's d'un costat a l' altre de la membrana (s alt ("flip-flop"). I l'últim component són les cadenes de sacàrids i polisacàrids dels hidrats de carboni a la superfície de les membranes. Les seves funcions encara són controvertides avui dia.
Tipus de transport actiu de substàncies a través de la membrana
Serà activa aquesta transferència de substàncies a través de la membrana cel·lular, que es controla, es produeix amb costos energètics i va en contra del gradient de concentració (les substàncies es transfereixen d'una zona de baixa concentració a una zona de alta concentració). Segons quina font d'energia s'utilitzi, es distingeixen els següents modes de transport:
- Actiu primari (font d'energia: hidròlisi de l'àcid adenosina trifosfòric ATP a àcid adenosina difosfòric ADP).
- Actiu secundari (proporcionat amb energia secundària creada com a resultat dels mecanismes de transport actiu primari de substàncies).
Proteïnes-assistents
Tant en el primer com en el segon cas, el transport és impossible sense proteïnes portadores. Aquestes proteïnes de transport són molt específiques i estan dissenyades per portar determinades molècules, i de vegades fins i tot certs tipus de molècules. Això es va demostrar experimentalment en gens bacterians mutats, fet que va provocar la impossibilitat del transport actiu a través de la membrana d'un determinat carbohidrat. Les proteïnes transportadores transmembrana poden ser autotransportadores (interaccionen amb molècules i les transporten directament a través de la membrana) o que formen canals (formen porus a les membranes que estan oberts a substàncies específiques).
Bomba de sodi i potassi
L'exemple més estudiat del transport actiu primari de substàncies a través de la membrana és la bomba de Na+-, K+-. Aquest mecanisme garanteix la diferència en les concentracions d'ions Na+ i K+ a banda i banda de la membrana, que és necessària per mantenir la pressió osmòtica a la cèl·lula i altres processos metabòlics. La proteïna transportadora transmembrana, ATPasa de sodi i potassi, consta de tres parts:
- A la cara externa de la membrana proteica hi ha dos receptors per als ions de potassi.
- Hi ha tres receptors d'ions de sodi a l'interior de la membrana.
- La part interna de la proteïna té activitat ATP.
Quan dos ions potassi i tres ions sodi s'uneixen als receptors de proteïnes a banda i banda de la membrana, l'activitat de l'ATP s'activa. La molècula d'ATP s'hidrolitza a ADP amb l'alliberament d'energia, que es gasta en el transport d'ions de potassi.dins, i ions sodi fora de la membrana citoplasmàtica. S'estima que l'eficiència d'aquesta bomba és superior al 90%, cosa que en si mateix és força sorprenent.
Com a referència: l'eficiència d'un motor de combustió interna és d'un 40%, elèctric, fins a un 80%. Curiosament, la bomba també pot funcionar en sentit contrari i servir com a donant de fosfat per a la síntesi d'ATP. Per a algunes cèl·lules (per exemple, les neurones), fins a un 70% de tota l'energia es gasta en eliminar el sodi de la cèl·lula i bombejar-hi ions de potassi. Les bombes per a calci, clor, hidrogen i alguns altres cations (ions amb càrrega positiva) funcionen amb el mateix principi de transport actiu. No s'han trobat bombes d'aquest tipus per als anions (ions carregats negativament).
Cotransport d'hidrats de carboni i aminoàcids
Un exemple de transport actiu secundari és la transferència de glucosa, aminoàcids, iode, ferro i àcid úric a les cèl·lules. Com a resultat del funcionament de la bomba de potassi-sodi, es crea un gradient de concentracions de sodi: la concentració és alta a l'exterior i baixa a l'interior (de vegades 10-20 vegades). El sodi tendeix a difondre's a la cèl·lula i l'energia d'aquesta difusió es pot utilitzar per transportar substàncies cap a fora. Aquest mecanisme s'anomena cotransport o transport actiu acoblat. En aquest cas, la proteïna portadora té a l'exterior dos centres receptors: un per al sodi i l' altre per a l'element que es transporta. Només després de l'activació d'ambdós receptors, la proteïna experimenta canvis conformacionals i l'energia de difusióel sodi introdueix la substància transportada a la cèl·lula contra el gradient de concentració.
El valor del transport actiu per a la cel·la
Si la difusió habitual de substàncies a través de la membrana es produís durant un temps arbitràriament llarg, les seves concentracions fora i dins de la cèl·lula s'igualitzaran. I això és la mort de les cèl·lules. Després de tot, tots els processos bioquímics han de procedir en un entorn de diferència de potencial elèctric. Sense el transport actiu, contra un gradient de concentració, de substàncies, les neurones no serien capaços de transmetre un impuls nerviós. I les cèl·lules musculars perdrien la capacitat de contraure's. La cèl·lula no podria mantenir la pressió osmòtica i es col·lapsaria. I els productes del metabolisme no sortirien. I les hormones mai entrarien al torrent sanguini. Després de tot, fins i tot una ameba gasta energia i crea una diferència de potencial a la seva membrana utilitzant les mateixes bombes d'ions.
